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Concepto de SOLITON:una ola indestructible e historica en fisica
Alexandre Stegner, Laboratoire de Météorologie Dynamique, CNRS France. ([email protected])
J.Scott Russel Vague dans un canal Ondes internes dans l’océan Tourbillons sur Jupiter
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
SOLITON: qu ’est-ce que c ’est ?
cela fait penser à PROTON, NEUTRON...
une nouvelle particule ?
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
L ’histoire commence en août 1834 (Union canal à Hermiston, Edinburgh)
John Scott Russel,ingénieur écossais
Observa une « grande vague de translation » qui se détacha de la proue d ’une péniche et se propageasur plus 3 ou 4 km sans changer de forme.
Il reproduisit ce type de vague dans un petit canal construit dans son jardin.
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Union canal 1995 ...
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Soliton: c ’est donc une vague …. qui se comporte comme une particule solitaire (?)
- Dynamique d ’une vague à la surface de l ’eau ?
TRANSLATION
- Une particule ne change pas lors de son mouvement.
Qu ’en est-il d ’une vague ?
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
La dynamique des ondes dans un canal dépend de deux paramètres
δ=HL<<1 λ=h
Hcouche mince amplitude relative
HL
h
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Evolution d ’une vague isolée de faible amplitude λ≈δ 3
exemple = 0.002
DISPERSIONDiagramme spatio-temporel
t
x
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Evolution d ’une vague isolée de moyenne amplitude λ≈δ 2
exemple = 0.02
Les effets non-linéaires compensent la dispersion
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Propriétés de l ’équation de Korteweg-de-Vries (KdV)qui gouverne la dynamique des ondes faiblement non-linéaires
λ≈δ 2
∂th+∂xh+h∂xh+∂x3h=0
collision entre deux solitons !
QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visualiser
cette image.
QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visualiser
cette image.
pas de soliton « négatif » !
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Evolution d ’une vague isolée de forte amplitude λ≈δ
exemple = 0.2-0.5
DEFERLEMENT
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Pour obtenir des Solitons il faut:
Ces notions se généralisent à plusieurs domaines de la physique.
1- Un système qui contient des ondes dispersives
2- Une amplitude suffisante (dynamique faiblement non-linéaire)
Dans certains cas seulement,les effets non-linéaires vont contrebalancer la dispersion et des SOLITONS (ondes solitaires cohérentes) vont apparaître.
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Exemple ... les ondes internes océaniques
L ’océan n ’est pas un fluide homogène !
Une modélisation simple à deux fluide...
fluide léger et chaud
fluide lourd et froid
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Les vagues internes se détectent aux oscillations de température
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
… et aux observations satellite en lumière rasante (http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/OCDST/shuttle_oceanography_web/oss_70.html)
train d ’ondes internes
nuages
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Solitons intenses en mer d ’Andaman
Radar (SAR) images of the ERS-1/2 satellites
(http://earth.esa.int/symposia/papers/alpers3)
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Soliton dans le détroitde Gibraltar
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Technologie ... Télécomunication par fibre optique
Codage binaire et dispersion
signal optique initial
signal dispersé
1 0 1
1 1 1
Erreur de codage
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Liaisons transocéaniques: régénérateurs nécessaires !
émetteur récepteurrégénérateursfibre optique
Allo ? Hola?
6500 km
120 km
Amplifier et reconstruire le signal
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Signal de faible amplitude
Signal de forte amplitude
1800 kmplus tard ...
6400 kmplus tard ...
Coherence: effet soliton !
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Tourbillons solitaires dans les planètes géantes ?
Jupiter Neptune
Tourbillons de grande échelle ~10 000 km
toujours anticycloniques
durée de vie 10-300 ans !
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Ou sont les ondes ?
Ondes de Rossby
Ondes planetaires
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Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica
Il existe dans ce système d ’ondes, des solutions localisées
qui suivent l ’équation dynamique :
TOURBILLONS ANTICYCLONIQUES
DE GRANDE ECHELLE (>2000 km atmosphère, > 50km océan)
LONGUE DUREE DE VIE (>plusieurs mois)
Solitons de Rossby ?!
∂th+∂xh+h∂xh+∂xΔh=0